Estudio muestra cómo el cartílago interactúa con las articulaciones de nuestro cuerpo
Crédito: Shutterstock/Tridsanu Thopet
El cartílago es una sustancia fascinante. Recubre los extremos de nuestros huesos, lo que les permite deslizarse entre sí en articulaciones como los codos y las rodillas. La superficie que crea es unas cinco veces más resbaladiza que el hielo sobre hielo.
No se comprende exactamente cómo el cartílago maneja esta función de absorción de impactos casi sin fricción. En general, se acepta que depende de las interacciones entre el líquido de la articulación y las moléculas que forman el tejido, conocido como matriz extracelular (MEC). Estudiar estas dinámicas sutiles a nivel microscópico ha sido durante mucho tiempo un objetivo de los científicos.
En un nuevo estudio, los investigadores que utilizan haces de rayos X ultrabrillantes en Advanced Photon Source (APS), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE) de EE. UU. en el Laboratorio Nacional Argonne del DOE, tomaron mediciones del movimiento del cartílago a nanoescala por primera vez. El empleo novedoso de una técnica llamada espectroscopia de correlación de fotones de rayos X (XPCS) permite comprender la mecánica del cartílago, lo que podría sentar las bases para el desarrollo de nuevos tratamientos para todo, desde enfermedades comunes relacionadas con la osteoartritis hasta lesiones deportivas.
«Usando el APS, podemos observar la dinámica de la matriz extracelular a escalas que las personas en el campo nunca antes habían hecho, lo cual es muy emocionante», dijo el investigador principal Kyle D. Allen, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Florida. «Cuanto más comprendamos estas interacciones del cartílago, más posible será, por ejemplo, desarrollar nuevos materiales sintéticos o implantes de tejido biológico que puedan reemplazar la función de alguien que tiene osteoartritis».
Allen y sus colegas universitarios unieron fuerzas con los científicos de la División de Ciencias de Rayos X (XSD) de Argonne. Se recolectaron muestras de cartílago en forma de media luna de los extremos redondeados de fémures de vaca. En la línea de luz 8-ID-I de APS, el cartílago se expuso a diferentes condiciones, se insertó en un portamuestras y se examinó con haces de rayos X ultrabrillantes.
El grupo publicó el estudio en la revista Osteoarthritis and Cartilage. Los hallazgos sugieren que los componentes más pequeños de la ECM son más móviles que los componentes más grandes, la deshidratación ralentiza la movilidad y la dinámica de la ECM es más rápida cuanto más cerca están de la superficie del cartílago. El informe también muestra que esta técnica de rayos X se puede usar para medir de manera efectiva la dinámica de ECM simultáneamente en escalas más grandes, por debajo de una micra, o 70 veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano, y en escalas más pequeñas, hasta nanómetros, o la cantidad de crecimiento de sus uñas. cada segundo. Este estudio demuestra el uso de esta técnica y abre la puerta a estudios de cómo dichos tejidos se ven afectados por diversos parámetros o condiciones.
«Los conocimientos que podemos obtener de los materiales biológicos usando rayos X en el APS son únicos en comparación con cualquier otra sonda», dijo Qingteng Zhang, físico asistente en XSD. «Con la técnica XPCS, uno puede observar la estructura interna del cartílago o la dinámica que está en la escala nanométrica en su entorno nativo sin dañar o abrir la estructura. Es algo que solo X-como un láser de alta energía los rayos son capaces de hacer».
En conjunto, estos resultados avanzan en la comprensión de la dinámica del cartílago y demuestran una nueva y valiosa herramienta de investigación.
«Este estudio se trata realmente de lograr una comprensión fundamental», dijo Allen. «Si bien tenemos una idea de alto nivel de cómo funciona el cartílago, todavía hay muchos misterios. El trabajo que hemos realizado nos permite finalmente investigar algunas de esas preguntas que quedan sin respuesta».
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Los científicos desarrollan un modelo biofísico para ayudar a diagnosticar y tratar mejor la osteoartritis Más información: BD Partain et al, Medición a escala nanométrica resuelta espacialmente de la movilidad de la matriz extracelular del cartílago, osteoartritis y Cartílago (2021). DOI: 10.1016/j.joca.2021.05.059 Proporcionado por Argonne National Laboratory Cita: El estudio muestra cómo el cartílago interactúa con las articulaciones de nuestro cuerpo (2022, 15 de marzo) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https:/ /medicalxpress.com/news/2022-03-cartilage-interacts-joints-bodies.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.